學(xué)生石墨烯文獻(xiàn)翻譯

1、石墨烯聚合物納米復(fù)合材料摘要：石墨烯由于其特殊的電導(dǎo)性、機(jī)械性能和大的表面積而具有巨大的科研價(jià)值，當(dāng)加入適當(dāng)時(shí)，這些原子薄碳層可以顯著提高主要高聚物的物理性能。我們首先按照從上到下的戰(zhàn)略回顧一下從氧化石墨到石墨烯的生產(chǎn)工藝過(guò)程，包括每種方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。然后按溶解和熔融的戰(zhàn)略即分散化學(xué)和加熱的方法討論降低氧化石墨在聚合物中的含量。對(duì)于微粒大小的性質(zhì)、表面性質(zhì)和在基體中的離散性的技術(shù)分析也有介紹。我們總結(jié)石墨烯聚合物納米復(fù)合材料的導(dǎo)電性、

2、導(dǎo)熱性、機(jī)械性能和阻氣性。我們結(jié)合石墨烯復(fù)合材料的加工和可量測(cè)性總結(jié)這些觀點(diǎn)列出最近的挑戰(zhàn)和這些新的納米復(fù)合材料的遠(yuǎn)景。1介紹基于炭黑、碳納米管和層狀硅酸鹽的聚合物納米復(fù)合材料被用于增強(qiáng)聚合物的機(jī)械性能、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和阻氣性。石墨烯極其特殊的物理性能和能溶于多種基本聚合物的結(jié)合的發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造了一類新的聚合物納米復(fù)合材料。石墨烯是由sp2雜化的碳原子按蜂窩狀結(jié)構(gòu)排列成的單層、二維片狀結(jié)構(gòu)。它被譽(yù)為其他所有不同維數(shù)的石墨碳的同素體的基礎(chǔ)材料，

3、例如，石墨（三維碳的同素體）由石墨烯的薄碳片正面向上堆積在一起并且分開距離為3.37A組成。0維同素體，富勒烯（足球烯），可以想象成單層石墨烯的一部分卷曲成的。一維碳同素體，碳納米管和碳納米帶可以分別由單層石墨烯旋轉(zhuǎn)和剪切制成。實(shí)際上，然而，這些碳的同素體，除了碳納米帶，都不是由石墨烯合成的。石墨是一種天然生成的材料，它最早的記載于1555年在英國(guó)的Browdale，但是它最早的應(yīng)用可向前追溯4000年。在1985年發(fā)現(xiàn)富勒烯后于199

4、1年第一次合成單壁碳納米管。盡管生產(chǎn)石墨烯納米片的第一個(gè)方法報(bào)道可以追溯到1970年，但對(duì)存在的單層石墨烯在2004年第一次被生產(chǎn)出來(lái)，用微機(jī)械剝離的方法從石墨中分離出石墨烯。楊氏模量為1TPa和極限強(qiáng)度為130GPa，單層石墨烯為測(cè)量出來(lái)的最強(qiáng)的材料。它的導(dǎo)熱系數(shù)為5000Wcm3KJ與報(bào)道的碳納米束最高值的上限相一致。而且，單層石墨烯有很高的電導(dǎo)率，高達(dá)6000cm，并且不像碳納米管，手性特性不是影響電導(dǎo)率的因素。這些特性加之極高的

5、表面積（理論極限：2630m2g）和不透過(guò)氣體性，表明石墨烯對(duì)提高聚合物的機(jī)械性質(zhì)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和阻氣性的巨大潛力。由于石墨烯薄層的性質(zhì)引起巨大興趣并且發(fā)現(xiàn)了它們的生產(chǎn)方法，世界各地的科學(xué)家都有在研究石墨烯，研究石墨烯的研究機(jī)構(gòu)的數(shù)目清楚地證明了這些興趣。一個(gè)簡(jiǎn)單的研究用石墨烯作為關(guān)鍵字從三個(gè)最常用的數(shù)據(jù)庫(kù)搜索，例如IsIwabvfScienceScienceDirectSciFinder如圖2所示，表明出版論文從2005到2009近

6、3000篇的速度增長(zhǎng)。用“石墨烯復(fù)合物“作為關(guān)鍵字的文獻(xiàn)的數(shù)目的簡(jiǎn)單趨勢(shì)也可見于圖2.在這篇文章里，我們專注于石墨烯石墨烯復(fù)合物高聚物來(lái)評(píng)論這項(xiàng)文化。我們首先評(píng)論準(zhǔn)備石墨烯薄層的不同方法，以這些方法適合高聚物復(fù)合應(yīng)用為重點(diǎn)。然后討論表征石墨烯的方法包括層數(shù)、薄層厚度和化學(xué)改性。石墨烯進(jìn)入聚合物的分散途徑和生成的聚合物石墨烯復(fù)合物的性質(zhì)也被評(píng)論。我們總結(jié)了這令人興奮的新的納米復(fù)合材料的未來(lái)發(fā)展的挑戰(zhàn)2BottomUp石墨烯石墨烯通過(guò)多種方

7、法合成，例如化學(xué)氣相沉淀法、CVD和epitaxialgrowth經(jīng)常用于生產(chǎn)少量厚的、無(wú)缺陷的石墨烯薄層。它們?cè)谏a(chǎn)用于基礎(chǔ)研究和導(dǎo)電應(yīng)用的石墨烯薄片比機(jī)械的還原為石墨烯還沒有發(fā)現(xiàn)，在下面兩節(jié)描述這些方法。對(duì)這些方法的更多細(xì)節(jié)，我們提供ParkRuoff’s的最近評(píng)論3.3.GO的化學(xué)還原在這些方法中，形成一個(gè)穩(wěn)定的GO的膠體，然后化學(xué)還原剝離的氧化石墨烯薄層。使用水、酒精和其他質(zhì)子溶劑結(jié)合超聲或長(zhǎng)時(shí)間攪拌可以得到穩(wěn)定的氧化石墨烯的穩(wěn)

8、定膠體。另外，GO在極性非質(zhì)子溶劑中與有機(jī)化合物如異氰酸酯和十八胺或治療性表面活性劑反應(yīng)可以被剝離。盡管這些懸浮液可以用來(lái)生產(chǎn)GO聚合物復(fù)合材料，氧化石墨烯的導(dǎo)電性低和穩(wěn)定性差是明顯的缺點(diǎn)。氧化石墨烯膠體或有機(jī)處理的樣品可以通過(guò)用肼、二甲肼、由肼生成的博羅氫鈉肼、對(duì)苯二酚和紫外線照射二氧化鈦化學(xué)還原的方法生產(chǎn)化學(xué)還原的石墨烯。Stankovichetal.提出用肼還原氧化石墨的一下機(jī)制。還原的氧化石墨烯恢復(fù)導(dǎo)電性。然而，仍含大量的氧：C

9、O～101.盡管化學(xué)還原氧化石墨烯為生產(chǎn)CRG提供了有效的途徑，在還原中使用化學(xué)品的危險(xiǎn)性和費(fèi)用可能限制它的使用。一種替換化學(xué)還原法的是在高溫（120200C）高壓的水中對(duì)氧化石墨烯的羥基脫水。在酸性條件下鋁粉可以催化該過(guò)程。3.4.熱剝離和還原熱還原氧化石墨烯可以通過(guò)在惰性氣體和高溫下快速加熱干的GO來(lái)生產(chǎn)。在惰性環(huán)境中1000C時(shí)加熱GO30S導(dǎo)致GO還原和剝離，產(chǎn)生TRG薄層。由于環(huán)氧樹脂分解產(chǎn)生壓力氣體時(shí)發(fā)生剝離并且GO的羥基通

10、過(guò)范德華力控制氧化石墨烯薄層在一起。約30％的重量損失與含氧基團(tuán)的分解和水分的蒸發(fā)有關(guān)。由于剝離導(dǎo)致體積100300倍的擴(kuò)大產(chǎn)生非常低密度散裝的TRG薄層（圖5d）由于CO2損失所造成的結(jié)構(gòu)缺陷，這些薄層是高度褶皺的如圖5e所示。80%的TRG薄層是單層的，與起始的GO薄層大小不同它的平均大小約500nm。熱機(jī)械法的優(yōu)勢(shì)是不需要在溶劑中分散就能產(chǎn)生化學(xué)改性的石墨烯薄層的能力。相比GO的CO比為21，TRG的約是101。通過(guò)高溫（1500

11、C）或長(zhǎng)時(shí)間熱處理這一比例已上升為6601。TRG薄層有高的表面積，1700m2g以亞甲藍(lán)作為標(biāo)準(zhǔn)，并且可以很好的分散在有機(jī)溶劑中例如N，N二甲基甲酰胺（DMF）和四氫呋喃等。報(bào)道壓實(shí)密度為0.3gcm3的導(dǎo)電率介于10de到20Scm，相比無(wú)缺陷的單層石墨烯薄層，熱還原也導(dǎo)致導(dǎo)電率的恢復(fù)。通過(guò)不同的自上而下的方法產(chǎn)生的石墨烯薄層的性質(zhì)、平均大小、厚度和每種方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)總結(jié)在表2里。正如上面和表中的討論，準(zhǔn)備聚合物納米復(fù)合材料的石墨

12、烯的最好路徑是從GO開始。因此，在這個(gè)角度的其余部分，我們將繼續(xù)關(guān)注這些路線。4.石墨烯的表征證明上述合成方法事實(shí)上能產(chǎn)生單層石墨烯非常重要。此外，這些薄層的大小和附加功能對(duì)在聚合物中的擴(kuò)散是重要的。在本節(jié)中，我們簡(jiǎn)要回顧最適合表征石墨烯薄片的技術(shù)。4.1.層的數(shù)量和大小使用X射線衍射證明石墨被插入，例如，最明顯的反射在2θ=26.3（銅雷克南輻射，X射線反射波長(zhǎng)=0.154nm）的石墨轉(zhuǎn)變?yōu)?4.1—14.9的氧化石墨。然而，當(dāng)GO薄